5.3. Задание по работе и последовательность её выполнения

1. Собрать лабораторную установку в соответствии со схемой;

2. Поместить холодные спаи термопар в сосуд Дьюара с таящим льдом;

3. Включить нагреватель;

4. Производя измерения показаний одной из термопар через каждые 5 минут дождаться выхода установки на стационарный режим (при этом значение термоЭДС термопары должно перестать увеличиваться);

5. Снять отсчет с показаний всех термопар. Результаты занести в протокол;

Таблица 5.1

Форма протокола испытаний

Материал образца ________________

Номер опыта	Напряжение на нагревателе (В)	Ток через нагреватель (а)	Показания первой термопары (мВ)	Показания второй термопары (мВ)	Показания третьей термопары (мВ)	(К)	(К)	(К)	Коэффициент теплопроводности (Вт/м К)	Примечание

6. Изменяя мощность нагревателя, произвести опыт повторно;

7. Выключить нагреватель и (после остывания) разобрать установку;

8. По формуле 5.1 вычислить значение коэффициента теплопроводности материала и сравнить его со справочным [5];

9. Составить отчет по работе и сделать выводы, в которых отразить величину фактической погрешности определения теплопроводности.

6. Лабораторная работа № 5

Компьютерное моделирование процессов интенсивного нагрева (охлаждения) пластины

6.1. Общие указания по выполнению работы

1. Цель работы. Исследовать влияние параметров пластины на процесс её интенсивного нагрева и охлаждения.

6.1.2. Содержание работы и особенности её выполнения

В процессе выполнения лабораторной работы производится ознакомление с методикой компьютерного моделирования процесса нестационарной теплопроводности в пластине, проведение численного эксперимента и сравнение полученных результатов с теоретическими [3, 4].

Для выполнения работы необходимо следующее оборудование, приборы и инструмент: ЭВМ и программа для расчета температурных полей в пластине при граничных условиях первого рода.

6.2. Задание для самостоятельной проработки и методические указания по его выполнению

Изучить решение нестационарной задачи теплопроводности при различных граничных условиях по конспекту лекций и рекомендованной учебной литературе [6]. Обратить особое внимание на случай больших значений коэффициента теплоотдачи, который при приводит к граничным условиям первого рода, то есть к равенству температуры окружающей среды и температуры стенки пластины. Следовательно, математическая постановка задачи будет иметь вид

, (6.1)

а ее решение -

г де - безразмерная координата, - время (с), - толщина пластины (м), - коэффициент температуропроводности (м²/с), - число Фурье, и - температуры граней пластины (рисунок 6.1).

Рис. 6.1. Схема пластины

Выполнение самостоятельной работы производится в лабора­ториях кафедры самолетостроения или в библиотеке. В заготовку отчета по работе следует включить схему пластины (рис. 6.1), расчетную формулу (6.2) и заготовку протокола вычислений (табл. 6.1), в которой должно быть предусмотрено 10 строк.

6.3. Вопросы к самостоятельной работе

1. Почему температура стенок пластины при интенсивном охлаждении или нагревании быстро достигает значения температуры окружающей среды?

2. Какими критериями подобия характеризуется процесс охлаждения твердого тела и их физический смысл?

3. Как определить полное время нагрева или охлаждения тела?

4. Как влияет величина исходной разности температур между пластиной и окружающей средой на продолжительность нагрева?

6.4. Лабораторные задания и методические указания по их выполнению

1. Задание первое. Получить допуск к выполнению лабораторной работы

2. Задание второе. Изучить влияние исходных условий на протекание процесса нагрева пластины.

Для этого следует выбрать из справочника (табл.5.2.) теплофизические свойства трех разных пластин и последовательно ввести исходные данные в программу расчета теплопроводности. Толщину пластины и условия нагрева задавать одинаковыми, например, = 0,3м, =20С, =100С, = 200С.

Полученные результаты занести в протокол и построить по ним графики нагрева пластин.

Таблица 6.1

Протокол измерений

Координата	Температура в момент времени
	Fo=0.005	Fo=0.05	Fo=0.5	Fo=5
0,01
0,1
0,2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.99

Таблица 6.2

Свойства некоторых материалов

Материал	Плотность кг/куб.м.	Теплоемкость Дж/кг*К	Теплопроводность Вт/м*К
Сталь20	7820	425	46,5
Сталь 12Х18Н10Т	7900	450	15
Сплав АМц	2730	879	150
АК6	2750	940	230
Латунь Л63	8430	391	108
Мрамор	2800	921	1,303
Резина	1200	1382	0,157

6.4.3. Задание третье. Составить отчет по работе и сдать зачет преподавателю

Отчет завершается сравнением экспериментальных результатов с теоретическими [5] и краткими выводами по работе.

Библиографический список

1. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М., 1985. 304 с.

2. Справочник технолога-машиностроителя. Т.2. М., 1986. 496с.

3. Займан Д. Принципы теории твердого тела. М.: Мир, 1974.

4. Рейсленд Д. Физика фононов. М.: Мир, 1975.

5. Теплопроводность твердых тел. Справочник. Под ред. А.С.Охотина. М.: Энергоатомиздат, 1984.

6. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. 344с